PCBA: EL PROCESO DE MONTAJE O ENSAMBLADO DE PCBs

Terminología

Por regla general, se denomina PCB (Printed Circuit Board) a un soporte físico sobre el que se colocan componentes electrónicos y/o eléctricos y que se conectan entre sí a través de pistas impresas conductoras (generalmente de cobre) sobre dicho soporte. Habitualmente y desde el concepto de desarrollo de un producto electrónico se considera la PCB como un componente crítico más del propio diseño, y se denomina ocasionalmente como ‘PCB ensamblada’ o también como una PCBA (Assembled PCB) a una PCB con sus componentes ya montados. El proceso de fabricación para el montaje o ensamblado de PCBs sí se conoce como PCBA (PCB Assembly, por sus siglas en inglés), siendo la tecnología SMT (Surface Mount Technology) la que se utiliza mayoritariamente hoy día para llevar a cabo este proceso, combinada con la THT cuando el producto lo así lo requiera.

De este modo, se conocen normalmente como:

PCB: Printed Circuit Board

Printed Circuit Board. Tarjeta de circuito impreso. Tarjeta, placa o PCB sin componentes

PCBA: PCB Assembly

Proceso de montaje de componentes sobre la PCB o tarjeta completamente montada (independientemente de la tecnología de los componentes a montar, SMD o TH)

SMT: Surface Mount Technology

Surface Mount Technology. Tecnología utilizada durante todo el proceso de montaje superficial

SMD: Surface Mount Device

Dispositivo o componente para montaje superficial

SMA: Surface Mount Assembly

Montaje o ensamblado de tarjetas con componentes SMD

THT: Through-Hole Technology

Tecnología de agujero pasante

Notas básicas sobre PCBs

De forma extremadamente resumida y al margen de otros subprocesos implicados, el proceso PCBA siempre comienza con la PCB como base. Este elemento consiste en varias capas diferenciadas y alternadas, teniendo cada una de ellas un papel muy importante en la funcionalidad final de la PCBA:

Sustrato

Es el material base de la PCB, que proporciona su rigidez. Son materiales con núcleo dieléctrico que disponen de escasa conductividad eléctrica. Habitualmente se denomina a esta capa simplemente como ‘dieléctrico’.

Cobre

Se añade una finísima capa de cobre a cada superficie del sustrato (sobre una cara si se trata de una PCB de cara simple o por las dos caras cuando la PCB es de doble cara). Seguidamente y a partir de la documentación de diseño y de un laborioso proceso de fabricación sólo quedarán sobre estas caras las pistas conductoras, los agujeros pasantes y los pads o “huellas” contenidos en la documentación técnica del producto (ficheros gerber).

Máscara de soldadura

Se dispone sobre lo anterior una máscara aislante para proteger la superficie de cobre que no está dedicada a la soldadura en el proceso de ensamblaje, evitando así posibles cortocircuitos de soldadura. Esta máscara es la que proporciona el característico color verde de la PCB, aunque puede ser de cualquier color, siendo esto último muy recomendable cuando se pretende diferenciar por color entre prototipos de laboratorio, de diseño, o de producción; o bien entre equipos de una preserie y una producción ya seriada.

Serigrafía

Finalmente se añade una última capa de serigrafía que, por regla general, incluirá marcaciones o etiquetas sobre la PCB en forma de caracteres, símbolos o códigos, lo que ayudará a la identificación de los componentes una vez montados, su función, datos de fabricación, trazabilidad, etc
A excepción del sustrato, estos materiales son los que de forma habitual se encuentran en todas las PCBs. El sustrato de una PCB puede cambiar dependiendo de especificaciones y cualidades del diseño tales como el tipo de aplicación, su funcionalidad, el coste y la flexibilidad requerida del mismo. Así, entre los distintos de tipos de PCB encontraremos:

PCB Rígido

Es el más habitual para la mayoría de PCBAs. La solidez del sustrato proporciona rigidez y grosor a la PCB. Su escasa flexibilidad se debe a los diferentes materiales con que está realizada, siendo el más común la fibra de vidrio (conocido habitualmente como FR4). Otros materiales que se suelen utilizar por tener menos coste son los epoxis o fenólicos, aunque resultan ser menos duraderos que el FR4.

PCB Flexible

Ofrecen mucha más flexibilidad. El material que normalmente se utiliza para estas PCBs suele ser un plástico moldeable a alta temperatura, como el kapton, ofreciendo diferentes grados de flexibilidad según necesidades o aplicaciones (soportes semirrígidos).

PCB de Corazón Metálico

Resultan ser una alternativa al FR4 en aquellas aplicaciones en las que se precise de una mejor y más eficiente disipación de calor en placa, algo que también protege mejor a aquellos componentes electrónicos más sensibles al calor.

PCB Multicapa

Suele tratarse de una PCB rígida, y se construye añadiendo varias capas superpuestas de lo inicialmente comentado que se prensan mediante proceso para obtener una PCB definitiva.

Tecnologías de montaje o ensamblado de PCBs

Actualmente existen dos tipos de tecnología en la industria actual que prevalecen en el montaje o ensamblado de PCBs y en las que Trelec dispone de gran experiencia y Know-How:

Tecnología de Montaje Superficial (SMT):

Mediante esta tecnología los componentes electrónicos SMD, mucho más pequeños y ligeros, se montan utilizando máquinas robotizadas Pick&Place directamente sobre la superficie de la PCB, específicamente sobre las ubicaciones exactas (“huellas” o pads) ya definidas en la documentación técnica y sobre las cuales se ha depositado previamente la cantidad precisa de pasta de soldadura. Es esta pasta de soldadura la que fija temporalmente el componente a la PCB hasta llegar al subproceso de soldadura propiamente dicho.

 

Mediante esta tecnología se elimina en gran medida la necesidad de utilizar componentes de Through-Hole (TH) pudiéndose crear circuitos mucho más complejos y pequeños, lo que resulta en dispositivos finales más eficientes y de menor tamaño. Además, el proceso de ensamblado o montaje que utiliza la tecnología SMT resulta ser mucho más rápido, replicable y eficiente en coste que el montaje tradicional de ensamblado con componentes TH.


Esta tecnología se aplica a infinidad de componentes electrónicos de montaje superficial o SMD (Surface Mount Device), incluyendo aquí resistencias, condensadores, diodos, transistores, circuitos integrados, BGAs, µBGAs, FPGAs, etc., componentes que en tamaño pueden llegar en algunos casos a tan solo 0,4mm x 0,2mm (métrica 0402).

Tecnología Through-Hole (THT):

Es mucho más antigua y normalmente se aplica cuando por motivos técnicos no pueden utilizarse sus componentes SMD equivalentes. Los componentes TH tienen un mayor tamaño y volumen, y disponen de terminales que se insertan en los agujeros pasantes que atraviesan la placa y dispuestos ya en la fabricación de la PCB. Estos terminales se sueldan posteriormente por la cara inferior de la PCB, siendo el proceso de montaje THT diferente al SMT o a uno mixto.